CN108123196B - 基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦 - Google Patents
基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例提供一种基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦，其中，第一、第二和第三端口馈线均由微带传输线构成；在水平馈电板上，过孔面与多个第一金属过孔相连；第二层的接地面通过第一金属过孔与过孔面相连；在竖直板上，滤波器具有顶端滤波枝节；滤波器和四分之一波长阻抗变换器相连且均由竖直双面平行带线构成，并均分别对称地位于第三层、第四层；公共地面位于第三层和第四层中间；顶端滤波枝节通过第二金属过孔与公共地面相连；位于第四层的阻抗渐变结构分别与第一端口馈线、过孔面和滤波器相连。由此，本发明实施例实现了从微带线到竖直双面平行带线的平衡‑不平衡转换的单体巴伦，还融合了滤波功能，提高了集成度。
Description
技术领域
本发明涉及射频技术领域，特别是涉及一种基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦。
背景技术
巴伦的主要作用是实现一路输入信号到达两个输出端口时，所输出的两个输出信号等幅反相，反之亦然。另外，当巴伦的前、后级电路不匹配时，其还能起到阻抗变换的作用。简言之，巴伦将高频信号从单端不平衡输入转换成双端平衡输出，并完成阻抗匹配。因此，作为一种三端口器件，巴伦被广泛地应用于射频电路的平衡布局中，如滤波器、功率放大器和天线馈电网络，直接影响着无线通信的性能和质量。目前，巴伦和滤波器作为馈电前端的相邻元件，已是诸如射频***中不可或缺的组成元件。
近年来，双面平行带线作为一种平衡传输线凭借其具有与频率无关的反相性这一特点，成为了射频领域内的研究热点。
但是，目前，在本领域中，在结合竖直双面平行带线与单体巴伦并使之具有滤波功能的研究方面仍是空白。
因此，如何提供将竖直双面平行带线与单体巴伦相结合，并使之兼具滤波功能的巴伦成为丞待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦，通过将竖直双面平行带线与单体巴伦相结合，使巴伦实现滤波的功能。
为了实现上述目的，提供了以下技术方案：
一种基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦，包括：水平馈电板和与所述水平馈电板相垂直的竖直板；其中：
所述水平馈电板设置有第一端口、第二端口、第三端口、第一端口馈线、第二端口馈线和第三端口馈线；所述第一端口馈线、所述第二端口馈线和所述第三端口馈线均由微带传输线构成，并且所述第一端口馈线与所述第一端口相连，所述第二端口馈线与所述第二端口相连，所述第三端口馈线与所述第三端口相连；
所述水平馈电板包括第一层和第二层及多个第一金属过孔；其中，所述过孔面与所述多个第一金属过孔相连，所述第一层包括过孔面；所述第二层包括接地面，所述接地面通过所述第一金属过孔与所述过孔面相连；
所述竖直板包括第三层、带十字缝隙的公共地面、第四层、阻抗渐变结构、第二金属过孔、滤波器和四分之一波长阻抗变换器，其中，所述公共地面位于所述第三层与所述第四层中间；所述滤波器具有相向弯折的顶端滤波枝节；所述滤波器和所述四分之一波长阻抗变换器相连且均由竖直双面平行带线构成，并均分别对称地位于所述第三层、所述第四层；所述顶端滤波枝节通过所述第二金属过孔与所述公共地面相连；所述阻抗渐变结构位于所述第四层，并分别与所述第一端口馈线、所述过孔面和所述滤波器相连；
其中，所述第一端口、所述第一端口馈线、所述阻抗渐变结构、所述滤波器、所述公共地面、所述四分之一波长阻抗变换器、所述第二端口馈线、所述第三端口馈线、所述第二端口和所述第三端口形成信号传输路径。
可选的，所述微带传输线、所述竖直双面平行带线、所述接地面、所述过孔面、所述公共地面均为导电金属。
可选的，所述导电金属为黄铜。
可选的，所述多个第一金属过孔以相同间距排成两列。
可选的，所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口为SMA连接器。
可选的，所述水平馈电板和所述竖直板的介电常数相同。
可选的，所述水平馈电板和所述竖直板的厚度不同。
可选的，所述多个第一金属过孔的数量为10个。
可选的，所述第二金属过孔为2个；所述第一端口、所述第一端口馈线、所述阻抗渐变结构、所述滤波器、所述公共地面、所述四分之一波长阻抗变换器、所述第二端口馈线、所述第三端口馈线、所述第二端口和所述第三端口形成两条信号交互传输路径。
本发明实施例提供一种基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦，其包括：水平馈电板和与水平馈电板相垂直的竖直板；其中，水平馈电板设置有第一端口、第二端口、第三端口、第一端口馈线、第二端口馈线和第三端口馈线；第一端口馈线、第二端口馈线和第三端口馈线均由微带传输线构成，并且第一端口馈线与第一端口相连，第二端口馈线与第二端口相连，第三端口馈线与第三端口相连；水平馈电板包括第一层、第二层和多个第一金属过孔；其中，第一层包括过孔面，过孔面与多个第一金属过孔相连；第二层包括接地面，接地面通过第一金属过孔与过孔面相连；竖直板包括第三层、带十字缝隙的公共地面、第四层、阻抗渐变结构、第二金属过孔、滤波器和四分之一波长阻抗变换器，其中，公共地面位于第三层与第四层中间；滤波器具有相向弯折的顶端滤波枝节；滤波器和四分之一波长阻抗变换器相连且均由竖直双面平行带线构成，并均分别对称地位于第三层、第四层；顶端滤波枝节通过第二金属过孔与公共地面相连；阻抗渐变结构分别与第一端口馈线、过孔面和滤波器相连；阻抗渐变结构位于第四层；其中，第一端口、第一端口馈线、阻抗渐变结构、滤波器、公共地面、四分之一波长阻抗变换器、第二端口馈线、第三端口馈线、第二端口和第三端口形成信号传输路径。
与现有技术相比，本发明实施例通过采取上述技术方案，利用微带线形成第一端口馈线、第二端口馈线和第三端口馈线，并将第一端口馈线、第二端口馈线和第三端口馈线分别与第一端口、第二端口和第三端口相连；然后，又利用竖直双面平行带线形成滤波器和四分之一波长阻抗变换器；并且滤波器和四分之一波长阻抗变换器的整体均分别对称地位于第三层、第四层，并分别与阻抗渐变结构、第一端口馈线、第二端口馈线、第三端口馈线相连，从而形成了从第一端口经第一端口馈线、阻抗渐变结构、滤波器、公共地面、四分之一波长阻抗变换器、第二端口馈线、第三端口馈线至第二端口和第三端口的信号传输路径；由此，本发明实施例将巴伦和滤波器集成在一起，并通过四分之一波长阻抗变换器实现竖直板与水平馈电板之间的阻抗匹配；从而本发明实施例实现了从微带线到竖直双面平行带线的平衡-不平衡转换的单体巴伦，还融合了滤波功能，消除了寄生耦合，减小了损耗，而且尺寸比分立设计的巴伦与滤波器整体的尺寸更小，提高了集成度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而得以体现。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦的结构示意图；
图3a为根据本发明实施例的第一虚拟端口的电场分布和等效示意图；
图3b为根据本发明实施例的第二虚拟端口的电场分布和等效示意图；
图4为根据本发明实施例的竖直板的结构示意图；
图5a为传统双面平行带线置于高功率金属屏蔽盒里的示意图；
图5b为根据本发明实施例的巴伦置于高功率金属屏蔽盒里的示意图；
图6为根据本发明实施例的图2所示巴伦的等效电路示意图；
图7a为根据本发明实施例的利用奇偶模方法得到的图2所示巴伦的等效电路在奇模激励下的电路示意图；
图7b为根据本发明实施例的利用奇偶模方法得到的图2所示巴伦的等效电路在偶模激励下的电路示意图；
图8a为根据本发明实施例的基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦结构尺寸的示意图；
图8b为根据本发明实施例的基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦竖直板结构尺寸的示意图；
图9为根据本发明实施例的基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦的仿真曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
面对信息和网络技术的日新月异，智慧无线移动通信和多体制雷达等电子信息***正朝着多频多模化、动态认知化、小型化和低功耗等方面发展。因此，对射频***中的单元提出了更加严格的性能要求。举例来说，由于传统的微波器件的功能单一，多频多通道并行的应用要求使得射频***的前端面临器件数量成倍增加的趋势，进而导致了整个电子信息***的体积庞大、结构复杂、功耗高、能效低等缺陷。
目前，本领域中虽然在射频器件集成滤波功能方面进行广泛的研究，但是，在结合竖直双面平行带线与单体巴伦并使之具有滤波功能的研究方面仍是空白。如何提供将竖直双面平行带线与单体巴伦相结合，并使之兼具滤波功能的巴伦成为丞待解决的技术问题。为此，本发明实施例提供一种基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦。
图1为本发明实施例提供的一种基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦的结构示意图。该巴伦包括：水平馈电板1和与水平馈电板1相垂直的竖直板2；其中，水平馈电板1设置有第一端口11、第二端口12、第三端口13、第一端口馈线14、第二端口馈线15和第三端口馈线16；第一端口馈线14、第二端口馈线15和第三端口馈线16均由微带传输线构成，并且第一端口馈线14与第一端口11相连，第二端口馈线15与第二端口12相连，第三端口馈线16与第三端口13相连；
水平馈电板1包括第一层17和第二层18、多个第一金属过孔1711；其中，第一层17包括过孔面171，过孔面171与多个第一金属过孔1711相连；第二层18包括接地面181，该接地面181通过第一金属过孔1711与过孔面171相连；
竖直板2包括第三层21、带十字缝隙的公共地面22、第四层23、滤波器24、四分之一波长阻抗变换器25、第二金属过孔26、阻抗渐变结构27，其中，公共地面22位于第三层21与第四层23中间；滤波器24具有相向弯折的顶端滤波枝节241；滤波器24和四分之一波长阻抗变换器25相连且均由竖直双面平行带线构成，并均分别对称地位于第三层21、第四层23；顶端滤波枝节241通过第二金属过孔26与公共地面22相连；阻抗渐变结构27位于第四层23，并分别与第一端口馈线14、过孔面171和滤波器24相连；
其中，第一端口11、第一端口馈线14、阻抗渐变结构27、滤波器24、公共地面22、四分之一波长阻抗变换器25、第二端口馈线15、第三端口馈线16、第二端口12和第三端口13形成信号传输路径。
本发明实施例通过将滤波器24和四分之一波长阻抗变换器25对称地设置在竖直板2的第三层21、第四层23，不仅实现了阻抗匹配，而且通过将滤波器集成在巴伦上，使得集成了滤波器的巴伦兼有信号平衡-不平衡转换和频率选择的功能。与独立的巴伦和滤波器两个分立元件的整体尺寸相比，减小了尺寸，可以提高应用巴伦和滤波器的射频***的集成度，可以有效地降低寄生耦合和损耗，提高电子信息工程的稳定性。另外，本实施例将竖直板2与水平馈电板1垂直设置，实现了将双面平行带线以竖直形式构造的立体巴伦，从而可以保证水平地面的完整性，进而简化了金属屏蔽盒的安装过程。
在图1所示实施例中，通过将水平馈电板1与竖直板2相垂直设置，可以确保水平馈电板1的第二层18上的接地面181的完整。
在一些实施例中，微带传输线、竖直双面平行带线、接地面181、过孔面171、公共地面22均为导电金属。具体地，该导电金属为黄铜。
在实际应用中，竖直板2上除了阻抗渐变结构27以外，其他结构均采用竖直双面平行带线。
由于竖直双面平行带线具有与频率无关的反相特征，所以本发明实施例提供的巴伦具有良好的宽带性能。
在实际应用中，微带传输线可以在水平馈电板1上通过覆铜实现；构成滤波器24和四分之一波长阻抗变换器25的竖直双面平行带线可以分别在竖直板2的第三层21、第四层23上通过覆铜予以实现；同样地，公共地面22、接地面181和过孔面171也可以通过覆铜的方式予以实现。
在一些实施例中，上述多个第一金属过孔1711以相同间距排成两列。
在一些可选的实施例中，第一金属过孔1711的数量为10个。
本实施例中，第一金属过孔1711可以通过在过孔的表面覆铜实现。其中，可以采用黄铜。第一金属过孔1711将位于第一层17的过孔面171通过内壁的金属(例如，黄铜)与位于第二层18的接地面181相连。
在一些实施例中，第一端口11、第二端口12和第三端口13为SMA连接器。其中，第一端口11、第二端口12和第三端口13用于与外接设备连接。在实际应用中，第一端口11、第二端口12和第三端口13作为本发明实施例提供的巴伦的三个馈电端口，合理地分布在水平馈电板1上；其中第一端口作为输入端口，另外两个端口作为输出端口。
在一些实施例中，上述水平馈电板1和上述竖直板2的介电常数相同，例如，介电常数为3.48。
在一些实施例中，上述水平馈电板1和上述竖直板2的厚度不同。具体地，水平馈电板1可以为0.762毫米，竖直板2的厚度可以为1.016毫米。
上述实施例中水平馈电板1和上述竖直板2的板材可以采用Rogers(罗杰斯)4350B型板材等。
在图1所示实施例中，滤波器24和四分之一波长阻抗变换器25分别对称地位于第三层21、第四层23是指滤波器24和四分之一波长阻抗变换器25整体地分别相对应地设置在竖直板2的第三层21、第四层23，且在第三层21、第四层23上的形状和尺寸方面相同。
在一些实施例中，第二金属过孔26为2个；第一端口11、第一端口馈线14、阻抗渐变结构27、滤波器24、公共地面22、四分之一波长阻抗变换器25、第二端口馈线15、第三端口馈线16、第二端口12和第三端口13形成两条信号交互传输路径。
本实施例中，带十字缝隙的公共地面22位于竖直板2的第三层21和第四层23的中间，通过两个第二金属过孔26将滤波器24上的顶端滤波枝节241接地，从而在竖直板2上形成了两条信号交互传输路径。
这里，为了便于描述本发明实施例，如图2所示，进行如下定义：
第一虚拟端口28A：阻抗渐变结构27与第一端口馈线14的连接处，该第一虚拟端口同时还与过孔面171相连；
第二虚拟端口28B：竖直板2的第三层21和第四层23的四分之一波长阻抗变换器25分别与第二端口馈线15、第三端口馈线16的连接处。
由于第一虚拟端口上第三层21和第四层23上的导带宽度相差较大；所以，本实施例在竖直板2的第四层23上设置了阻抗渐变结构27。图1和2示出了阻抗渐变结构27位于竖直板2上靠近第一端口11的位置，但是本发明不限于此，例如，还可以在竖直板2的两侧均设置阻抗渐变结构27。
通过上述对本发明实施例的描述，下面将本发明实施例提供的巴伦与现有技术进行对比，以说明本发明实施例取得的技术效果。
滤波器和巴伦作为馈电前端相邻元件，是诸如射频***等中不可或缺的元件。传统的方法是将滤波器和巴伦两者独立设计，然后，进行连接。这样，不利于射频***的小型化与集成化。同时，这种传统的方法还会因为两个独立元件之间的连接，造成寄生耦合和损耗。
然而，本发明实施例通过将滤波器24设置在竖直板2上，巴伦与滤波器24集成在一起，以融合了滤波功能的单一巴伦代替传统独立的巴伦和滤波器两个分立元件，比连接两个分立的巴伦和滤波器的尺寸减小，可以提高应用巴伦和滤波器的射频***的集成度，可以有效地降低寄生耦合和损耗，提高了电子信息工程的稳定性。
下面再结合图2、3a、3b和图4以具体实施例对本发明提供的巴伦进行详细说明。
本实施例中，以第一端口11为输入端口、第二端口12为第一输出端口、第三端口13为第二输出端口、第一端口馈线14为输入端口馈线、第二端口馈线15为第一输出端口馈线、第三端口馈线16为第二输出端口馈线为例进行说明。
如图2所示，该基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦包括：水平馈电板1和竖直板2。其中：
水平馈电板1为两层印刷电路板，其包括第一层(本实施例中也可称为顶层)17和第二层(本实施例中也可称为底层)18；该水平馈电板1上设置有输入端口、第一输出端口、第二输出端口、输入端口馈线、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线和10个第一金属过孔1711；其中，输入端口与输入端口馈线相连，第一输出端口与第一输出端口馈线相连，第二输出端口与第二输出端口馈线相连，输入端口、第一输出端口和第二输出端口的阻抗为50欧姆；输入端口馈线、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线以三段微带线的形式实现；10个第一金属过孔1711设置在水平馈电板1中，10个第一金属过孔1711以相同间距排成两列；水平馈电板1的第一层17设置有过孔面171；水平馈电板1的第二层18设置有接地面181；
竖直板2为三层印刷电路板，其包括：第三层21、带十字缝隙的公共地面22、第四层23以及穿透第三层21、公共地面22和第四层23的两个第二金属过孔26；其中，第三层21和第四层23对称地设置有均由竖直双面平行带线构成的滤波器24和四分之一波长阻抗变换器25；其中，滤波器24具有一对相向弯折的顶端滤波枝节241；该公共地面22通过第二金属过孔26将该一对相向弯折的顶端滤波枝节241接地，以在竖直板2上形成两条交互传输路径；
阻抗渐变结构27设置在竖直板2上靠近输入端口的一侧，并且与输入端口馈线、过孔面171、滤波器24相连，以实现从微带线到竖直双面平行带线的转换。
这里，为便于描述本发明实施例，进行如下定义：
将竖直双面平行带线一半的阻抗定义为Z1～Z5；所以，竖直双面平行带线的阻抗定义为2Z1～2Z5；
奇模激励是指第一虚拟端口28A和第二虚拟端口28B的激励信号等幅反相；偶模激励是指第一虚拟端口28A和第二虚拟端口28B的激励信号等幅同相；Zino、Zine分别表示奇偶模激励下的等效输入阻抗；当Zino和Zine趋于无穷大时，就可以得到滤波器的谐振频率。
如图2所示，其中示出了第一虚拟端口28A和第二虚拟端口28B。
图3a示例性地示出了第一虚拟端口28A的电场分布和等效示意图；图3b示例性地示出了第二虚拟端口28B的电场分布和等效示意图。其中，εr表示介电常数；2h2表示竖直板2的厚度，例如，1.016毫米；Zs表示输入阻抗；2ZL表示输出阻抗；θ表示传输线的电长度。
本实施例中，由于第一虚拟端口28A在竖直板2上第三层21和第四层23上的导带宽度相差较大，因此第一虚拟端口28A可等效为一段分布在竖直板2上厚度为2h2、输入阻抗为Zs的微带线。由于巴伦的第一输出端口和第二输出端口输出的信号是等幅反相的，所以，第二虚拟端口28B可视为第一输出端口与第二输出端口的串联，即等效为分布在竖直板2上厚度为2h2、输出阻抗为2ZL的双面平行带线。
基于图2所示第一和第二虚拟端口(28A,28B)的位置，输入端口馈线的一端与第一虚拟端口28A的中心位置、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线的一端与第二虚拟端口28B的中心位置均对齐，进行准确地衔接，以利于信号能够以最大能量通过；输入端口馈线的另一端、第一输出端口馈线的另一端和第二输出端口馈线的另一端用于连接外部设备。
另外，因为第一虚拟端口28A一方面与输入端口馈线相连，另一面还与过孔面171相连；所以，考虑到输入端口馈线和过孔面的尺寸，以及为了降低信号传输的非连续性；故，本实施例在竖直板2上靠近输入端口的一侧，具体而言，在竖直板2的第四层23上第一虚拟端口28A与过孔面连接的一侧设置阻抗渐变结构27。由此，通过阻抗渐变结构27降低了信号传输的非连续性，进一步实现了从第一虚拟端口28A至第二虚拟端口28B的良好的阻抗匹配。其中，阻抗渐变结构27的材料通过覆铜实现。由此，本发明实施例利用微带线形成输入端口馈线、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线，并将输入端口馈线、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线分别与输入端口、第一输出端口和第二输出端口相连；然后，又利用竖直双面平行带线形成滤波器24和四分之一波长阻抗变换器25；并且阻抗渐变结构27分别与所述输入端口馈线、过孔面171和滤波器24相连，从而实现了从微带线到竖直双面平行带线的平衡-不平衡转换。
图4示例性地示出了上述竖直板的结构示意图。其中，阻抗渐变结构27分布在竖直板2的左侧，并通过连接水平馈电板1的输入端口馈线、过孔面171和滤波器24，实现从微带线到竖直双面平行带线的转换。滤波器24具体实施过程可参见以下文献：2013，Novelminiaturization method for wideband filter design with enhangced upperstopband,IEEE Trans.Microw.Theory Techn。
本实施例基于信号干扰技术(transversal signal-interaction concepts)，通过在第三层21和第四层23中间设置有带有十字缝隙的公共地面22，通过例如两个第二金属过孔26，将一对相向弯折的顶端滤波枝节241接地，从而使得本实施例提供的巴伦的平衡转换功能更稳定，还扩展了滤波带宽，并具有陡峭深度的阻带衰减性能。
综上所述，在本实施例中，通过将水平馈电板1和竖直板2相垂直设置，确保了水平馈电板1第二层18上接地面181的完整；同时，竖直板2上除了阻抗渐变结构27以外，滤波器24和四分之一波长阻抗变换器25均采用竖直双面平行带线，由此，利用竖直双面平行带线与频率无关的反相特征，实现了本发明实施例提供的巴伦的宽带性能；而且，通过在第三层21和第四层23中间设置带有十字缝隙的公共地面22，从而在竖直板2上形成两条交互传输信号的传输路径，使得本发明实施例提供的巴伦的平衡转换功能不仅能达到稳定，还扩展了滤波带宽，并具有陡峭深度的阻带衰减性能，实现了一种基于竖直双面平行带线的小型化宽带滤波集成单体立体巴伦。
下面再结合图5a和5b对本发明实施例取得的技术效果进行详细说明。
为了直观展示本发明实施例的技术效果，将本发明实施例与传统双面平行带线均置于高功率金属屏蔽盒中进行对比。
假设传统双面平行带线的底层带线与高功率金属屏蔽盒底部的距离为S1；本发明实施例提供的巴伦的带线与高功率金属屏蔽盒侧壁距离为S2。
图5a示例性地示出了传统双面平行带线置于高功率金属屏蔽盒里的示意图；图5b示例性地示出了本发明实施例提供的巴伦置于高功率金属屏蔽盒里的示意图。
如图5a所示，为了避免由于传统双面平行带线的底层带线与高功率金属屏蔽盒的底部直接接触产生的接地环路，传统双面平行带线需要悬置于高功率金属屏蔽盒。可见，传统方法不仅增加了制作难度，而且由于距离S1的存在，会在底层带线与高功率金属屏蔽盒的底部之间产生寄生响应。然而，如图5b所示，本发明实施例将双面平行带线布局在与水平馈电板1相垂直的竖直板2上，从而，确保了水平馈电板1上接地面181的完整性。在实际工程中，当S2>10h(h为介质板厚度)时，高功率金属屏蔽盒的侧壁对竖直双面平行带线的影响可忽略不计。因此，本发明实施例提供的巴伦可以直接接触高功率金属屏蔽盒的底部。由此，不仅消除了寄生谐振，而且还简化了高功率金属屏蔽盒的安装过程。
镜像理论表明，当对双面平行带线上、下两端施加反相电压时，其中间的介质板中间的电压为0。因此，对于图2所示巴伦，向双面平行带线中间设置带有十字缝隙的公共地面22时，第二虚拟端口28B的电场分布不会发生变化。基于此，第二虚拟端口28B的双面平行带线可视为位于同一介质板上背对背排列的两段微带线，且每段微带线的电长度保持不变，但介质板厚度和阻抗值减半，其分别为h2和ZL。
图6示例性地示出了图2所示巴伦的等效电路示意图；图7a示例性地示出了利用奇偶模方法得到的图2所示巴伦的等效电路在奇模激励下的电路示意图；
图7b示例性地示出了利用奇偶模方法得到的图2所示巴伦的等效电路在偶模激励下的电路示意图。其中，两段双面平行带线(2Z1，θ/2)与连接在中间的开路枝节(2Z2，θ)构成一条主传输路径29B；一对双面平行带线(2Z3，θ)与短路枝节(2Z4，θ)级联，构成一条辅传输路径29A。这两条传输路径(29B,29A)相互作用，基于信号相互干扰技术，两条传输路径上的信号间的相位差产生了较宽的阻带，共同将信号从第一虚拟端口28A传输至第二虚拟端口28B，由此改善了巴伦的滤波、平衡转换以及阻带衰减性能。此外，还通过一段四分之一波长双面平行带线(2Z5，θ)(即四分之一波长阻抗变换器25)，将主传输路径29B和辅传输路径29A的等效输出阻抗与第二虚拟端口28B实现了阻抗匹配。
图8a和8b示例性地示出了体现本发明实施例提供的巴伦的结构尺寸的示意图。
本实施例假设输入阻抗(即Zs)和输出阻抗(即ZL)为50欧姆(Ω)；电长度(θ)为90°；其他的电路阻抗为(单位：Ω)：Z1＝70，Z2＝16.5，Z3＝16，Z4＝49，Z5＝35.36。在工作频率为6GHz的条件下，利用电磁仿真应用程序(High Frequency Structure Simulator)可以得到巴伦的以下物理尺寸(单位：mm)：L0＝10.0，W0＝1.7，L1＝4.3，W1＝0.7，L2＝5.1，W2＝7.1，L3＝7.0，W3＝5.3，L4＝7.5，W4＝1.2，L5＝2.0，W5＝1.9，W6＝1.0，L7＝10.0，W7＝2.5，W8＝8.9。其中，L0...L5、L7表示长度；W0...W8表示宽度。
图9示例性地示出了图2所示实施例提供的巴伦的仿真曲线示意图。
其中，|S11|表示输入端口的匹配性能；|S21|表示第一输出端口的传输性能；|S31|表示第二输出端口的传输性能；∠S21-∠S31表示第一输出端口与第二输出端口之间的相位差。
从图9中可见，当|S11|<-15dB时，工作频带为1.46GHz～3.48GHz，并且在该带宽内，|S21|和|S31|始终保持在-3.1±1dB的范围内。在2.88GHz～3.84GHz范围内，∠S21-∠S31在-180°±10°范围内波动，由此产生的误差是由于主传输路径29B和辅传输路径29A的信号叠加或金属过孔产生的电感效应造成的。此外，在宽达5.13GHz(4.08GHz～9.21GHz)的上阻带内，|S21|、|S31|均小于-20dB。其中，dB表示分贝。
通过图9所示仿真结果可以知道，本发明实施例提供的巴伦至少具有以下有益效果：输入匹配良好，***损耗小，相位差稳定，滤波带宽宽，阻带衰减陡峭而深度。
综上所述，与传统的方法在应用巴伦和滤波器时，将两个分立的巴伦和滤波器进行连接相比，现有技术存在因巴伦与滤波器连接而造成的寄生耦合和损耗的缺陷；而本发明实施例将巴伦和滤波器24集成在一起，并通过四分之一波长阻抗变换器实现竖直板与水平馈电板之间的阻抗匹配，确保了第一虚拟端口28A与第二虚拟端口28B的阻抗匹配，实现了从微带线到竖直双面平行带线的平衡-不平衡转换的单一巴伦，还融合了滤波功能，消除了寄生耦合，减小了损耗，而且本发明实施例的尺寸比分立设计的巴伦与滤波器整体的尺寸更小，提高了集成度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于竖直双面平行带线的宽带滤波集成立体巴伦，其特征在于，包括：水平馈电板和与所述水平馈电板相垂直的竖直板；其中：
所述水平馈电板设置有第一端口、第二端口、第三端口、第一端口馈线、第二端口馈线和第三端口馈线；所述第一端口馈线、所述第二端口馈线和所述第三端口馈线均由微带传输线构成，并且所述第一端口馈线与所述第一端口相连，所述第二端口馈线与所述第二端口相连，所述第三端口馈线与所述第三端口相连；
所述水平馈电板包括第一层和第二层及多个第一金属过孔；其中，所述第一层包括过孔面，所述过孔面与所述多个第一金属过孔相连；所述第二层包括接地面，所述接地面通过所述第一金属过孔与所述过孔面相连；
所述竖直板包括第三层、带十字缝隙的公共地面、第四层、阻抗渐变结构、第二金属过孔、滤波器和四分之一波长阻抗变换器，其中，所述公共地面位于所述第三层与所述第四层中间；所述滤波器具有相向弯折的顶端滤波枝节；所述滤波器和所述四分之一波长阻抗变换器相连且均由竖直双面平行带线构成，并均分别对称地位于所述第三层、所述第四层；所述顶端滤波枝节通过所述第二金属过孔与所述公共地面相连；所述阻抗渐变结构位于所述第四层，并分别与所述第一端口馈线、所述过孔面和所述滤波器相连；
其中，所述第二金属过孔为2个；所述第一端口、所述第一端口馈线、所述阻抗渐变结构、所述滤波器、所述公共地面、所述四分之一波长阻抗变换器、所述第二端口馈线、所述第三端口馈线、所述第二端口和所述第三端口形成两条信号交互传输路径。
2.根据权利要求1所述的巴伦，其特征在于，所述微带传输线、所述竖直双面平行带线、所述接地面、所述过孔面、所述公共地面均为导电金属。
3.根据权利要求2所述的巴伦，其特征在于，所述导电金属为黄铜。
4.根据权利要求2或3所述的巴伦，其特征在于，所述多个第一金属过孔以相同间距排成两列。
5.根据权利要求2所述的巴伦，其特征在于，所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口为SMA连接器。
6.根据权利要求5所述的巴伦，其特征在于，所述水平馈电板和所述竖直板的介电常数相同。
7.根据权利要求1所述的巴伦，其特征在于，所述水平馈电板和所述竖直板的厚度不同。
8.根据权利要求4所述的巴伦，其特征在于，所述多个第一金属过孔的数量为10个。
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